Техническая документация на инфракрасный светодиод IR204/H16/L10 3мм - Напряжение 1.5В - Длина волны 940нм

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики мощного инфракрасного светодиода (ИК-светодиода) диаметром 3мм (T-1). Устройство заключено в синий прозрачный пластиковый корпус и оптимизировано для наилучшего спектрального согласования с кремниевыми фотодетекторами, фототранзисторами и инфракрасными приемными модулями. Его основная функция — излучение инфракрасного света с пиковой длиной волны 940 нанометров, что делает его невидимым для человеческого глаза, но легко обнаруживаемым электронными сенсорами.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Светодиод обладает несколькими ключевыми преимуществами, включая высокую надежность, низкое прямое напряжение и высокую силу излучения. Он разработан со стандартным расстоянием между выводами 2.54мм для удобства монтажа на печатную плату. Продукт соответствует стандартам RoHS, EU REACH и бесгалогенным требованиям (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm), что делает его подходящим для экологически ориентированных и регулируемых рынков. Основные области применения — инфракрасные системы, такие как пульты дистанционного управления, датчики приближения, детекторы объектов и оптические переключатели.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Устройство предназначено для работы в строгих пределах, обеспечивающих долговечность и надежность. Непрерывный прямой ток (IF) не должен превышать 100 мА. Для импульсного режима работы с длительностью импульса ≤100мкс и скважностью ≤1% допустим пиковый прямой ток (IFP) до 1.0 А. Максимальное обратное напряжение (VR) составляет 5 В. Диапазон рабочих температур (Topr) — от -40°C до +85°C, а диапазон температур хранения (Tstg) — от -40°C до +100°C. Температура пайки (Tsol) не должна превышать 260°C в течение не более 5 секунд. Максимальная рассеиваемая мощность (Pd) при температуре окружающего воздуха 25°C составляет 150 мВт.

2.2 Электрооптические характеристики

Все электрооптические характеристики указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C и прямом токе (IF) 20мА, если не указано иное. Сила излучения (IE) разделена на бины, с минимальными значениями от 4.0 до 11.0 мВт/ср в зависимости от класса. Пиковая длина волны (λp) обычно составляет 940 нм, с шириной спектра (Δλ) 45 нм. Прямое напряжение (VF) обычно равно 1.2 В, максимум 1.5 В. Обратный ток (IR) не превышает 10 мкА при обратном напряжении 5В. Угол излучения (2θ1/2), определяемый как полный угол на уровне половины интенсивности, обычно составляет 50 градусов.

3. Объяснение системы сортировки

Сила излучения светодиода разделена на группы (бины) для обеспечения стабильности в проектировании приложений. Сортировка основана на измерении силы излучения при IF=20мА. Доступные бины: K, L, M и N, с соответствующими минимальными и максимальными значениями силы излучения: Бин K: 4.0-6.4 мВт/ср; Бин L: 5.6-8.9 мВт/ср; Бин M: 7.8-12.5 мВт/ср; Бин N: 11.0-17.6 мВт/ср. Это позволяет разработчикам выбрать компонент, соответствующий требованиям чувствительности их фотодетекторной схемы.

4. Анализ характеристических кривых

4.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Кривая снижения номинальных значений показывает зависимость между максимально допустимым непрерывным прямым током и температурой окружающей среды. С ростом температуры окружающей среды максимально допустимый прямой ток линейно уменьшается. Это критически важный фактор при проектировании для предотвращения теплового разгона и обеспечения того, чтобы температура перехода оставалась в безопасных рабочих пределах, тем самым поддерживая надежность устройства.

4.2 Спектральное распределение

График спектрального распределения показывает относительную силу излучения в зависимости от длины волны. Излучение сосредоточено вокруг типичной пиковой длины волны 940 нм с определенной шириной полосы. Эта характеристика крайне важна для обеспечения совместимости с принимающим сенсором, который обычно имеет свою собственную кривую спектральной чувствительности. Хорошее соответствие максимизирует эффективность системы и отношение сигнал/шум.

4.3 Сила излучения в зависимости от прямого тока

Этот график изображает нелинейную зависимость между силой излучения (Ie) и прямым током (IF). Сила излучения увеличивается с ростом тока, но не строго линейно, особенно при более высоких уровнях тока. Понимание этой кривой необходимо для правильного управления светодиодом с целью достижения желаемого оптического выхода без превышения абсолютных максимальных параметров.

4.4 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения

Диаграмма направленности показывает, как интенсивность излучаемого света изменяется в зависимости от угла относительно центральной оси (0°). Для данного типа корпуса диаграмма обычно является ламбертовой или близкой к ней, при этом интенсивность падает до 50% от осевого значения примерно при ±25 градусах (что дает угол излучения 50°). Эта информация жизненно важна для оптического проектирования, определения зоны покрытия и требований к юстировке в системе.

5. Механическая информация и данные о корпусе

Светодиод упакован в стандартный радиальный корпус T-1 (3мм) с выводами. Корпус изготовлен из синего прозрачного пластика. Расстояние между выводами стандартное — 2.54мм (0.1 дюйма). Чертеж с размерами (подразумевается в PDF) предоставит точные значения диаметра корпуса, длины выводов и других критических размеров, обычно с допуском ±0.25мм, если не указано иное. Катод обычно обозначается плоской гранью на ободке линзы или более коротким выводом, хотя конкретную маркировку следует уточнять по механическому чертежу.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Можно использовать ручную пайку или пайку волной. Абсолютная максимальная температура пайки составляет 260°C, а время пайки не должно превышать 5 секунд. Рекомендуется следовать стандартным рекомендациям IPC для пайки выводных компонентов. Длительное воздействие высоких температур может повредить пластиковый корпус и внутренний полупроводниковый кристалл. Устройство следует хранить в сухой среде для предотвращения поглощения влаги, что может вызвать "взрыв" (popcorning) при оплавлении, если это применимо, хотя данный компонент в первую очередь является выводным.

7. Упаковка и информация для заказа

Стандартная спецификация упаковки: от 200 до 1000 штук в пакете, 4 пакета в коробке и 10 коробок в картонной упаковке. Этикетка на упаковке содержит критически важную информацию для прослеживаемости и идентификации: Производственный номер заказчика (CPN), Производственный номер (P/N), Количество в упаковке (QTY), Классы (CAT), Пиковая длина волны (HUE), Ссылка (REF), Номер партии (LOT No) и Место производства. Используются влагозащитные упаковочные материалы для защиты компонентов во время хранения и транспортировки.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

Данный инфракрасный светодиод идеально подходит для широкого спектра применений в области бесконтактного сенсорного контроля и сигнализации. Типичные области использования включают инфракрасные пульты дистанционного управления для бытовой электроники (телевизоры, аудиосистемы), датчики приближения и обнаружения объектов в бытовой технике и промышленном оборудовании, оптические энкодеры, датчики прерывания луча, а также в качестве источника света в парных модулях излучатель-детектор для подсчета или контроля уровня.

8.2 Вопросы проектирования

При проектировании схемы всегда включайте токоограничивающий резистор последовательно со светодиодом для контроля прямого тока и предотвращения повреждений. Его значение можно рассчитать по закону Ома: R = (Vпитания - VF) / IF. Выбирайте подходящий бин силы излучения исходя из требуемой дистанции обнаружения и чувствительности детектора. Учитывайте угол излучения при юстировке светодиода относительно приемника. Для импульсного режима работы с целью достижения более высокого мгновенного выхода (например, для большей дальности) убедитесь, что длительность импульса и скважность остаются в пределах указанных ограничений для IFP. Обеспечьте достаточную разводку печатной платы для рассеивания тепла, особенно при работе вблизи максимальных параметров.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с обычными инфракрасными светодиодами, данное устройство предлагает четко определенный и стабильный спектральный выход с центром на 940нм, что является типичной длиной волны пиковой чувствительности для кремниевых фотодиодов и фототранзисторов, обеспечивая эффективную связь. Наличие бинов силы излучения позволяет прогнозировать производительность при серийном производстве. Сочетание низкого прямого напряжения (обычно 1.2В) и высокой силы излучения может привести к созданию более энергоэффективных конструкций. Соответствие современным экологическим стандартам (RoHS, REACH, бесгалогенный) является значительным преимуществом для продуктов, ориентированных на глобальные рынки со строгим регулированием.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: В чем разница между бинами K, L, M и N?

О: Бины представляют различные диапазоны минимальной силы излучения. Бин N имеет наибольшую мощность (11.0-17.6 мВт/ср), а Бин K — наименьшую (4.0-6.4 мВт/ср). Выбирайте бин исходя из требуемой силы сигнала для вашего приложения.

В: Могу ли я питать этот светодиод напрямую от источника 5В?

О: Нет. Прямое напряжение составляет всего около 1.2-1.5В. Прямое подключение к 5В вызовет чрезмерный ток и разрушит светодиод. Вы всегда должны использовать последовательный токоограничивающий резистор.

В: Как определить катод?

О: Для стандартного корпуса T-1 катод обычно обозначается плоской гранью на ободке пластиковой линзы. Альтернативно, если смотреть на светодиод снизу, вывод, соответствующий плоской стороне, является катодом. Катод также может быть более коротким выводом.

В: Каков типичный срок службы?

О: Хотя в данной спецификации это явно не указано, инфракрасные светодиоды подобного типа обычно имеют очень долгий срок службы (десятки тысяч часов) при работе в пределах указанных абсолютных максимальных параметров, особенно ограничений по току и температуре.

11. Практический пример использования

Сценарий: Проектирование простого датчика обнаружения объекта.

Инженеру необходимо обнаруживать прохождение объекта через щель. Он использует данный светодиод IR204 в паре с фототранзистором, расположенным на противоположной стороне щели (конфигурация "на просвет"). Он выбирает светодиод из бина M для достаточной интенсивности. Светодиод управляется постоянным током 20мА от вывода микроконтроллера 3.3В через резистор 100Ω (R = (3.3В - 1.2В) / 0.02А ≈ 105Ω). Коллектор фототранзистора подтянут к 3.3В через резистор, и напряжение на коллекторе считывается АЦП микроконтроллера. Когда луч не прерывается, фототранзистор открыт, напряжение низкое. Когда объект прерывает луч, фототранзистор закрывается, напряжение становится высоким, сигнализируя о наличии объекта. Угол излучения 50° обеспечивает достаточно широкий луч для надежного обнаружения даже при небольшой расцентровке.

12. Введение в принцип работы

Инфракрасный светодиод — это полупроводниковый p-n переходный диод. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее энергию его запрещенной зоны, электроны из n-области рекомбинируют с дырками из p-области в активной области (в данном случае сделанной из GaAlAs). Этот процесс рекомбинации высвобождает энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав материала (арсенид галлия-алюминия) определяет длину волны излучаемых фотонов, которая в данном устройстве находится в инфракрасном спектре около 940 нм. Синий прозрачный пластиковый корпус не является фильтром, а служит линзой для формирования выходного луча и защиты полупроводникового кристалла.

13. Технологические тренды

Технология инфракрасных светодиодов продолжает развиваться в направлении повышения эффективности (больше излучаемой мощности на ватт электрической мощности), увеличения плотности мощности для применений с большей дальностью, таких как LiDAR и Time-of-Flight сенсоры, и уменьшения размеров корпусов для интеграции в компактные потребительские устройства. Также наблюдается тенденция к более точному контролю длины волны и сужению спектральной полосы для специальных сенсорных применений, таких как детектирование газов или физиологический мониторинг. Интеграция драйверов и управляющей логики непосредственно с кристаллом светодиода ("умные" светодиоды) — еще одно направление развития. Основополагающие принципы устройств, подобных описанному здесь, остаются критически важными для огромного множества как устоявшихся, так и новых оптоэлектронных систем.